TW202106653A - 可燃物的處理方法及處理裝置 - Google Patents

Abstract

[課題]一面維持穩定運轉，一面有效利用廢塑膠、廢輪胎、穀殼、木屑、PKS、RDF、汙泥等可燃性廢棄物，並且使石炭、焦炭等化石燃料的燃燒效率提升，進而更加減少水泥窯廢氣中的NOx濃度。 [解決手段]一種可燃物的處理裝置，具備：混合裝置，將可燃物與從水泥燒成裝置的預熱器旋風分離器分化出的600℃以上且900℃以下的預熱原料混合而氣化；及供給裝置，將氣化後的可燃物及預熱原料(混合原料)從水泥燒成裝置的窯尾供給至煅燒爐的區域。也可在將可燃物與預熱原料混合時添加水分而進行水煤氣化反應，並將產生出的水煤氣及預熱原料從水泥燒成裝置的窯尾導入煅燒爐的區域。

Description

可燃物的處理方法及處理裝置

本發明是有關於一種有效利用廢塑膠、廢輪胎、穀殼、木屑、PKS、RDF、汙泥等可燃性廢棄物，並且使前述可燃性廢棄物及石炭、焦炭等化石燃料的燃燒效率提升，進而更加效率良好地減少水泥窯廢氣中的NOx濃度之技術。

都市垃圾等一般廢棄物及汙泥等產業廢棄物是直接掩埋處理或在垃圾焚化場等焚化。焚化時產生出的焚化灰會送至最終處理場，但近年來難有最終處理場的新地點，因此最終處理場的剩餘容量正持續緊繃。於是，有在將廢塑膠或汙泥等可燃性廢棄物進行焚化或氣化處理來加以有效利用(例如專利文獻1)。又，雖然有使可燃性廢棄物在窯尾或煅燒爐燃燒的技術，但為了增加處理量，需要粉碎得細小，或需要將煅燒爐內的燃燒時間從1~3秒改造成5秒以上。

又，近來廢塑膠的排出量正在增加，並且中國等已變得禁止廢塑膠輸入，因此國內外的廢塑膠處理的需求正在增大。又，中國、韓國正在加強排放到大氣中的廢氣的NOx管制。

另一方面，水泥窯的廢氣中，包含起因於燒成區的高溫域的NOx，在NOx的濃度高時，會投入尿素或氨等的脫硝劑，或是藉由在煅燒爐中透過燃燒所產生的還原作用來減少NOx濃度。但是，利用尿素作為脫硝劑的方法之中，因為尿素昂貴而造成運作成本高漲。又，只添加尿素時的脫硝效率低，而且也會有未與NOx反應的剩餘的氨直接朝系統外排出的疑慮。

在此，本申請人提出了以下技術：設置將燃料及燃燒用空氣吹入水泥窯的窯尾內的脫硝用燃燒器，在窯尾內的低氧區域中還原水泥窯廢氣中的NOx，並且可利用燃燒燃料來使水泥原料的脫羧效率也提升，且不拘煅燒爐的形式，一面維持良好的燒成狀態一面效率良好地減少水泥窯廢氣中的NOx濃度(參照專利文獻2)。

專利文獻 專利文獻1：日本特開2018-155484號公報 專利文獻2：日本國專利第6476165號公報

發明概要 發明欲解決之課題 將廢塑膠、廢輪胎、穀殼、木屑、PKS、RDF、汙泥等可燃性廢棄物氣化時，因為會產生焦油，而有著因附著或堵塞等而妨害穩定運轉的問題。又，無法否定因燃燒而造成爆炸等的危險性。

另一方面，關於水泥窯廢氣的脫硝，記載於專利文獻2的石炭的二段燃燒之中，也有著NOx的還原劑不足造成脫硝效果不充分，並且在石炭的導入部有皮膜(coating)附著等的問題。

在此，本發明是鑑於上述習知技術之問題點而完成者，其目的在於一面維持穩定運轉，一面有效利用廢塑膠、廢輪胎、穀殼、木屑、PKS、RDF、汙泥等可燃性廢棄物，並且使石炭、焦炭等化石燃料的燃燒效率提升，進而更加減少水泥窯廢氣中的NOx濃度。

用以解決課題之手段 為了達成上述目的，本發明是一種可燃物的處理方法，其特徵在於：將可燃物與從水泥燒成裝置的預熱器旋風分離器(preheater cyclone)分化出的600℃以上且900℃以下的預熱原料混合而氣化，且將氣化後的可燃物及前述預熱原料從水泥燒成裝置的窯尾供給至煅燒爐的區域。

依據本發明，藉由將可燃性廢棄物或化石燃料等可燃物與預熱原料混合，可避免氣化時產生出的焦油所造成的附著問題等。又，可藉由在無氧狀態下將可燃物氣化來使還原物質產生，且預熱原料中的Fe₂ O₃ 也可還原成FeO而可增加還原劑的量。此外，可藉由氣化來縮短燃燒時間，因此即使是煅燒爐內的廢氣的滯留時間為1~3秒的習知的石炭燃燒用煅燒爐也可使可燃性廢棄物有效地燃燒，且可削減石炭使用量及產生的CO的量。包含還原劑的前述預熱原料伴隨包含還原劑的氣化後的可燃物從窯尾供給至煅燒爐的區域，可使粉體及氣體分散於氣體中，且可有效地還原水泥窯燃燒氣體中的NOx。此外，由於氣化後的可燃物及前述預熱原料導入煅燒爐，因此可避免皮膜的附著問題。又，由於可藉由氣化來縮短燃燒時間，因此亦可減少可燃物的粉碎電力。

前述可燃物的處理方法之中，可在將前述可燃物與前述預熱原料混合時添加水分而進行水煤氣化反應，並將產生出的水煤氣及前述預熱原料從水泥燒成裝置的窯尾導入煅燒爐的區域。由於是在未導入氧氣的情況下以水蒸氣來封住，因此沒有爆炸的危險性，且藉由水煤氣化反應產生H₂ 還原劑，並且原料中的Fe₂ O₃ 也會還原成FeO，因此還原劑的量會跳躍性地增加。藉此，可有效地還原水泥窯燃燒氣體中的NOx。

又，本發明是一種可燃物的處理裝置，其特徵在於具備：混合裝置，將可燃物與從水泥燒成裝置的預熱器旋風分離器分化出的600℃以上且900℃以下的預熱原料混合而氣化；及供給裝置，將氣化後的可燃物及前述預熱原料從水泥燒成裝置的窯尾供給至煅燒爐的區域。

依據本發明，藉由將可燃性廢棄物或化石燃料等可燃物與預熱原料混合，可避免氣化時產生出的焦油所造成的附著問題等。又，可藉由在無氧狀態下將可燃物氣化來使還原物質產生，且預熱原料中的Fe₂ O₃ 也可還原成FeO而可增加還原劑的量。此外，可藉由氣化來縮短燃燒時間，因此即使是煅燒爐內的廢氣的滯留時間為1~3秒的習知的石炭燃燒用煅燒爐也可使可燃性廢棄物有效地燃燒，且可削減石炭使用量及產生的CO的量。包含還原劑的前述預熱原料伴隨包含還原劑的氣化後的可燃物從窯尾供給至煅燒爐的區域，可使粉體及氣體分散於氣體中，且可有效地還原水泥窯燃燒氣體中的NOx。此外，由於氣化後的可燃物及前述預熱原料導入煅燒爐，因此可避免皮膜的附著問題。又，由於可藉由氣化來縮短燃燒時間，因此亦可減少可燃物的粉碎電力。

前述可燃物的處理裝置之中，可具備：水分添加裝置，在前述混合裝置中添加水分而使水煤氣化反應進行。藉此，可消除爆炸的危險性，且藉由水煤氣化反應產生H₂ 還原劑，原料中的Fe₂ O₃ 也會還原成FeO，因此還原劑的量會跳躍性地增加，而有效地還原水泥窯燃燒氣體中的NOx。又，水煤氣化反應是吸熱反應，基本上也不會有溫度過於上升的狀況，因此可用SUS310S作為混合裝置的材料。假設即使溫度上升，也會藉由水分的蒸發、原料的脫羧來進行吸熱，最高也只會溫度上升至850℃。 發明效果

如上所述，依據本發明，可一面維持穩定運轉，一面有效利用廢塑膠或汙泥等可燃性廢棄物，並且使石炭、焦炭等化石燃料的燃燒效率提升，進而更加減少水泥窯廢氣中的NOx濃度。

圖1顯示本發明之可燃物的處理裝置之一實施形態，該處理裝置1具備：加料漏斗2，容受可燃物C；混合裝置3，將從加料漏斗2供給的可燃物C與從水泥燒成裝置10的預熱器11的下方算來第2段的旋風分離器11B分化出的600℃以上且900℃以下的預熱原料R2混合而氣化；及供給裝置5，將氣化後的可燃物C及預熱原料R2(也包含未氣化的可燃物C，以下稱為「混合原料M」)從水泥燒成裝置10的水泥窯13的窯尾13a供給至煅燒爐12的區域。另外，圖1中，雖然描繪了2個旋風分離器11B，但為了方便說明，2個都是相同之物。

上述處理對象之可燃物C是廢塑膠、廢輪胎、穀殼、木屑、PKS、RDF、汙泥等可燃性廢棄物，或石炭、焦炭等化石燃料等。

混合裝置3是在水平軸3a安裝有多數個葉片3b，藉由使水平軸3a旋轉，讓葉片3b也進行旋轉的混合機(pug mill)等，且將可燃物C與預熱原料R2混合而氣化。

在混合裝置3的上方，設置有灑水裝置(不圖示)，在混合裝置3內灑水(供給水分W)，進行水煤氣化反應。為了防止因為急遽的水蒸氣產生而增加飛散灰塵，在混合裝置3設置有罩體(hood)3c。

在混合裝置3的下方，設置有關斷式擋板(shut-off damper)4，一面保有氣密性一面將混合原料M透過供給裝置5從水泥燒成裝置10的水泥窯13的窯尾13a導入煅燒爐12的區域。又，設置有將氣化後的氣體G排出的排氣導管6，從排氣導管6排出的氣體G在關斷式擋板4的下方與混合原料M會合，並透過供給裝置5從水泥燒成裝置10的水泥窯13的窯尾13a導入煅燒爐12的區域。供給裝置5中可利用斜槽(shoot)、導管、輸送機。

附設有上述處理裝置1的水泥燒成裝置10與習知的裝置相同，是由以下構件等所構成：預熱器11，將水泥原料R1預熱；煅燒爐12，將來自從預熱器11的下方算來第2段的旋風分離器11B的預熱原料R2煅燒；水泥窯13，藉由從主燃燒器15吹入的燃料F，將來自預熱器11的最下段的旋風分離器11A的原料R3燒成；及熟料冷卻器14，將水泥窯13中燒成出的水泥熟料冷卻。另外，較理想的是在供給裝置5的混合原料M的供給位置中，設置本案申請人的日本特許第6396433號公報的粉粒體分散裝置，使氣化後的可燃物C及粉體的預熱原料有效地分散在氣體中。

其次，針對利用上述處理裝置1所進行的可燃物的處理方法，一面參照圖1一面進行說明。

水泥燒成裝置10運轉時，將加料漏斗2中容受的可燃物C供給至混合裝置3，並且將從預熱器11的旋風分離器11B排出的預熱原料R2的一部份分化，且將分化出的預熱原料R2導入混合裝置3。另外，未被分化的預熱原料R2則如通常一樣在煅燒爐5、最下段的旋風分離器11A進行脫羧之後，會在水泥窯13進行燒成而生成水泥熟料。

在混合裝置3中，將可燃物C與預熱原料R2一面混合攪拌一面搬送，藉由分化出的預熱原料R2將可燃物C加熱而氣化，並且從灑水裝置灑水，進行水煤氣反應。藉由將可燃物C與預熱原料R2混合，可避免氣化時產生出的焦油所造成的附著問題。又，由可燃物C產生出的酸性氣體可固定於預熱原料R2。此外，可藉由氣化來縮短燃燒時間，因此即使是習知的石炭燃燒用的煅燒爐12也可有效地燃燒，且可削減石炭使用量及產生的CO的量。

另外，可燃物C與預熱原料R2的混合比率並未特別限定，但在可燃物C附著於混合裝置3的內部或搬送路徑時，會使預熱原料R2的混合比率增加。又，在處理廢塑膠等時，較理想的是在混合裝置3的前段事先粉碎至200mm以下左右。又，較理想的是將混合裝置3中的可燃物C的滯留時間設在5~15分，並將混合裝置3的水平軸3a的旋轉速度作成可變，且將滯留時間構成為可調整。

又，由於是在未將氧氣導入混合裝置3的情況下以水蒸氣來封住，因此沒有爆炸的危險性，且藉由水煤氣化反應產生H₂ 還原劑，並且預熱原料R2中的Fe₂ O₃ 也會還原成FeO，因此還原劑的量會跳躍性地增加。

從混合裝置3排出的混合原料M是經過關斷式擋板4，藉由供給裝置5從水泥燒成裝置10的水泥窯13的窯尾13a供給至煅燒爐12的區域。如上述，由於還原劑的量跳躍性地增加，因此可有效地還原水泥窯燃燒氣體中的NOx。又，混合原料M當中，未氣化的可燃物C是在煅燒爐12中作為代替燃料來利用，分化出的預熱原料R2在煅燒爐12、最下段的旋風分離器11A進行脫羧之後，會在水泥窯13進行燒成而生成水泥熟料。

另外，在上述實施形態中，雖然是從預熱器11的旋風分離器11B分化出預熱原料R2，但只要分化的水泥原料的溫度在600℃以上且900℃以下的話，也可從其他部位分化。

又，雖然設置灑水裝置，在混合裝置3內灑水來進行水煤氣化反應，但即便不灑水，只由分化出的預熱原料R2來將可燃物C混合而氣化，也會有可避免氣化時產生出的焦油所造成的附著問題，且可藉由氣化來縮短燃燒時間等效果，還可一面維持處理裝置1及水泥燒成裝置10的穩定運轉，一面有效利用可燃物C，並且減少水泥窯廢氣中的NOx濃度。

此外，混合裝置3的構成並非限定成上述的構成，只要是可由分化出的預熱原料R2來將可燃物C混合而氣化，除此之外，還可添加水分而進行水煤氣化反應的話，也可採用其他種類的裝置。

1:可燃物的處理裝置 2:加料漏斗 3:混合裝置 3a:水平軸 3b:葉片 3c:罩體 4:關斷式擋板 5:供給裝置 6:排氣導管 10:水泥燒成裝置 11:預熱器 11A:旋風分離器 11B:旋風分離器 12:煅燒爐 13:水泥窯 13a:窯尾 14:熟料冷卻器 15:主燃燒器 C:可燃物 F:燃料 G:氣體 M:混合原料 R1:水泥原料 R2:預熱原料 R3:原料 W:水分

圖1是顯示本發明之可燃物的處理裝置之一實施形態的概略圖。

1:可燃物的處理裝置

2:加料漏斗

3:混合裝置

3a:水平軸

3b:葉片

3c:罩體

4:關斷式擋板

5:供給裝置

6:排氣導管

10:水泥燒成裝置

11:預熱器

11A:旋風分離器

11B:旋風分離器

12:煅燒爐

13:水泥窯

13a:窯尾

14:熟料冷卻器

15:主燃燒器

C:可燃物

F:燃料

G:氣體

M:混合原料

R1:水泥原料

R2:預熱原料

R3:原料

W:水分

Claims (4)

1. 一種可燃物的處理方法，其特徵在於：將可燃物與從水泥燒成裝置的預熱器旋風分離器分化出的600℃以上且900℃以下的預熱原料混合而氣化，且將氣化後的可燃物及前述預熱原料從水泥燒成裝置的窯尾供給至煅燒爐的區域。
2. 如請求項1之可燃物的處理方法，其是在將前述可燃物與前述預熱原料混合時添加水分而進行水煤氣化反應，並將產生出的水煤氣及前述預熱原料從水泥燒成裝置的窯尾導入煅燒爐的區域。
3. 一種可燃物的處理裝置，其特徵在於具備： 混合裝置，將可燃物與從水泥燒成裝置的預熱器旋風分離器分化出的600℃以上且900℃以下的預熱原料混合而氣化；及 供給裝置，將氣化後的可燃物及前述預熱原料從水泥燒成裝置的窯尾供給至煅燒爐的區域。
4. 如請求項3之可燃物的處理裝置，其具備：水分添加裝置，在前述混合裝置中添加水分而使水煤氣化反應進行。

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